eda工具軟件

時(shí)間：2022-02-19 00:27:01 | 來(lái)源：信息時(shí)代

時(shí)間：2022-02-19 00:27:01 來(lái)源：信息時(shí)代

EDA工具軟件可大致可分為芯片設(shè)計(jì)輔助軟件、可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件等三類。

目前進(jìn)入我國(guó)并具有廣泛影響的EDA軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助類軟件和可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件：Protel、AltiumDesigner、PSPICE、multisim12(原EWB的最新版本)、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim、ISE、modelsim、Matlab等等。這些工具都有較強(qiáng)的功能，一般可用于幾個(gè)方面，例如很多軟件都可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真，同時(shí)還可以進(jìn)行PCB自動(dòng)布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。

下面按主要功能或主要應(yīng)用場(chǎng)合，分為電路設(shè)計(jì)與仿真工具、PCB設(shè)計(jì)軟件、IC設(shè)計(jì)軟件、PLD設(shè)計(jì)工具及其它EDA軟件，進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

我們大家可能都用過(guò)試驗(yàn)板或者其他的東西制作過(guò)一些電子產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行實(shí)踐。但是有的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)做出來(lái)的東西有很多的問(wèn)題，事先并沒(méi)有想到，這樣一來(lái)就浪費(fèi)了我們的很多時(shí)間和物資。而且增加了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和延續(xù)了產(chǎn)品的上市時(shí)間從而使產(chǎn)品失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。有沒(méi)有能夠不動(dòng)用電烙鐵試驗(yàn)板就能知道結(jié)果的方法呢？結(jié)論是有，這就是電路設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)的各項(xiàng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)參數(shù)都輸入電腦，然后通過(guò)電腦編程編寫(xiě)出一個(gè)虛擬環(huán)境的軟件，并且使它能夠自動(dòng)套用相關(guān)公式和調(diào)用長(zhǎng)期積累后輸入電腦的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。這樣一來(lái)，只要把飛機(jī)的外形計(jì)數(shù)據(jù)放入這個(gè)虛擬的風(fēng)洞軟件中進(jìn)行試驗(yàn)，哪里不合理有問(wèn)題就改動(dòng)那里，直至最佳效果，效率自然高了，最后只要再在實(shí)際環(huán)境中測(cè)試幾次找找不足就可以定型了，從他們的波音747到F16都是采用的這種方法?？諝鈩?dòng)力學(xué)方面的數(shù)據(jù)由資深專家提供，軟件開(kāi)發(fā)商是IBM，飛行器設(shè)計(jì)工程師只需利用仿真軟件在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行各種仿真調(diào)試工作即可。同樣，他們其他的很多東西都是采用了這樣類似的方法，從大到小，從復(fù)雜到簡(jiǎn)單，甚至包括設(shè)計(jì)家具和作曲，只是具體軟件內(nèi)容不同。其實(shí)，他們發(fā)明第一代計(jì)算機(jī)時(shí)就是這個(gè)目的（當(dāng)初是為了高效率設(shè)計(jì)大炮和相關(guān)炮彈以及其他計(jì)算量大的設(shè)計(jì)）。

電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICADLiveWire、Edison、TinaProBrightSpark等。下面簡(jiǎn)單介紹前三個(gè)軟件。

PCB（Printed-CircuitBoard）設(shè)計(jì)軟件種類很多，如Protel、AltiumDesigner、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、CadencePSD、MentorGraphices的ExpeditionPCB、ZukenCadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCBStudio、TANGO、PCBWizard（與LiveWire配套的PCB制作軟件包）、ultiBOARD7（與multiSIM2001配套的PCB制作軟件包）等等。

目前在我國(guó)用得最多當(dāng)屬Protel，下面僅對(duì)此軟件作一介紹。

Protel是PROTEL（現(xiàn)為Altium）公司在20世紀(jì)80年代末推出的CAD工具，是PCB設(shè)計(jì)者的首選軟件。它較早在國(guó)內(nèi)使用，普及率最高，在很多的大、中專院校的電路專業(yè)還專門(mén)開(kāi)設(shè)Protel課程，幾乎所在的電路公司都要用到它。早期的Protel主要作為印刷板自動(dòng)布線工具使用，其最新版本為AltiumDesigner10，現(xiàn)在普遍使用的是Protel99SE，它是個(gè)完整的全方位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印刷電路板設(shè)計(jì)（包含印刷電路板自動(dòng)布局布線），可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務(wù)體系結(jié)構(gòu)），同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多層印制線路板的自動(dòng)布線，可實(shí)現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。Protel軟件功能強(qiáng)大（同時(shí)具有電路仿真功能和PLD開(kāi)發(fā)功能）、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。

IC設(shè)計(jì)工具很多，其中按市場(chǎng)所占份額排行為Cadence、MentorGraphics和Synopsys。這三家都是ASIC設(shè)計(jì)領(lǐng)域相當(dāng)有名的軟件供應(yīng)商。其它公司的軟件相對(duì)來(lái)說(shuō)使用者較少。中國(guó)華大公司也提供ASIC設(shè)計(jì)軟件（熊貓2000）；另外近來(lái)出名的Avanti公司，是原來(lái)在Cadence的幾個(gè)華人工程師創(chuàng)立的，他們的設(shè)計(jì)工具可以全面和Cadence公司的工具相抗衡，非常適用于深亞微米的IC設(shè)計(jì)。下面按用途對(duì)IC設(shè)計(jì)軟件作一些介紹。

這是任何一種EDA軟件必須具備的基本功能。像Cadence的composer，viewlogic的viewdraw，硬件描述語(yǔ)言VHDL、VerilogHDL是主要設(shè)計(jì)語(yǔ)言，許多設(shè)計(jì)輸入工具都支持HDL（比如說(shuō)multiSIM等）。另外像Active-HDL和其它的設(shè)計(jì)輸入方法，包括原理和狀態(tài)機(jī)輸入方法，設(shè)計(jì)FPGA/CPLD的工具大都可作為IC設(shè)計(jì)的輸入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的開(kāi)發(fā)工具M(jìn)odelsimFPGA等。

我們使用EDA工具的一個(gè)最大好處是可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否正確，幾乎每個(gè)公司的EDA產(chǎn)品都有仿真工具。Verilog-XL、NC-verilog用于Verilog仿真，Leapfrog用于VHDL仿真，AnalogArtist用于模擬電路仿真。Viewlogic的仿真器有：viewsim門(mén)級(jí)電路仿真器，speedwaveVHDL仿真器，VCS-verilog仿真器。MentorGraphics有其子公司ModelTech出品的VHDL和Verilog雙仿真器：ModelSim。Cadence、Synopsys用的是VSS（VHDL仿真器）?，F(xiàn)在的趨勢(shì)是各大EDA公司都逐漸用HDL仿真器作為電路驗(yàn)證的工具。

綜合工具可以把HDL變成門(mén)級(jí)網(wǎng)表。這方面Synopsys工具占有較大的優(yōu)勢(shì)，它的DesignCompile是作為一個(gè)綜合的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它還有另外一個(gè)產(chǎn)品叫BehaviorCompiler，可以提供更高級(jí)的綜合。

另外最近美國(guó)又出了一個(gè)軟件叫Ambit，據(jù)說(shuō)比Synopsys的軟件更有效，可以綜合50萬(wàn)門(mén)的電路，速度更快。今年初Ambit被Cadence公司收購(gòu)，為此Cadence放棄了它原來(lái)的綜合軟件Synergy。隨著FPGA設(shè)計(jì)的規(guī)模越來(lái)越大，各EDA公司又開(kāi)發(fā)了用于FPGA設(shè)計(jì)的綜合軟件，比較有名的有：Synopsys的FPGAExpress，Cadence的Synplity，Mentor的Leonardo，這三家的FPGA綜合軟件占了市場(chǎng)的絕大部分。

在IC設(shè)計(jì)的布局布線工具中，Cadence軟件是比較強(qiáng)的，它有很多產(chǎn)品，用于標(biāo)準(zhǔn)單元、門(mén)陣列已可實(shí)現(xiàn)交互布線。最有名的是Cadencespectra，它原來(lái)是用于PCB布線的，后來(lái)Cadence把它用來(lái)作IC的布線。其主要工具有：Cell3，SiliconEnsemble-標(biāo)準(zhǔn)單元布線器；GateEnsemble-門(mén)陣列布線器；DesignPlanner-布局工具。其它各EDA軟件開(kāi)發(fā)公司也提供各自的布局布線工具。

物理驗(yàn)證工具包括版圖設(shè)計(jì)工具、版圖驗(yàn)證工具、版圖提取工具等等。這方面Cadence也是很強(qiáng)的，其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。

前面講的仿真器主要是針對(duì)數(shù)字電路的，對(duì)于模擬電路的仿真工具，普遍使用SPICE，這是唯一的選擇。只不過(guò)是選擇不同公司的SPICE，像MiceoSim的PSPICE、MetaSoft的HSPICE等等。HSPICE現(xiàn)在被Avanti公司收購(gòu)了。在眾多的SPICE中，HSPICE作為IC設(shè)計(jì)，其模型多，仿真的精度也高。

PLD（ProgrammableLogicDevice）是一種由用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。目前主要有兩大類型：CPLD（ComplexPLD）和FPGA(FieldProgrammableGateArray)。它們的基本設(shè)計(jì)方法是借助于EDA軟件，用原理圖、狀態(tài)機(jī)、布爾表達(dá)式、硬件描述語(yǔ)言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，最后用編程器或下載電纜，由目標(biāo)器件實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)PLD的廠家很多，但最有代表性的PLD廠家為Altera、Xilinx和Lattice公司。

PLD的開(kāi)發(fā)工具一般由器件生產(chǎn)廠家提供，但隨著器件規(guī)模的不斷增加，軟件的復(fù)雜性也隨之提高，目前由專門(mén)的軟件公司與器件生產(chǎn)廠家使用，推出功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)軟件。下面介紹主要器件生產(chǎn)廠家和開(kāi)發(fā)工具。

⑥Lucent：主要特點(diǎn)是有不少用于通訊領(lǐng)域的專用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業(yè)務(wù)，在中國(guó)地區(qū)使用的人很少。

順便提一下：PLD（可編程邏輯器件）是一種可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型電路，只要有數(shù)字電路基礎(chǔ)，會(huì)使用計(jì)算機(jī)，就可以進(jìn)行PLD的開(kāi)發(fā)。PLD的在線編程能力和強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)軟件，使工程師可以幾天，甚至幾分鐘內(nèi)就可完成以往幾周才能完成的工作，并可將數(shù)百萬(wàn)門(mén)的復(fù)雜設(shè)計(jì)集成在一顆芯片內(nèi)。PLD技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已成為電子工程師必備的技術(shù)。

3EDA的應(yīng)用

EDA在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。在教學(xué)方面，幾乎所有理工科（特別是電子信息）類的高校都開(kāi)設(shè)了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL語(yǔ)言編寫(xiě)規(guī)范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進(jìn)行電子電路課程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并從事簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一般學(xué)習(xí)電路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD開(kāi)發(fā)工具（如Altera/Xilinx的器件結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)系統(tǒng)），為今后工作打下基礎(chǔ)。

科研方面主要利用電路仿真工具（multiSIM或PSPICE）進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試；將CPLD/FPGA器件實(shí)際應(yīng)用到儀器設(shè)備中；從事PCB設(shè)計(jì)和ASIC設(shè)計(jì)等。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造方面，包括計(jì)算機(jī)仿真，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的EDA工具應(yīng)用、系統(tǒng)級(jí)模擬及測(cè)試環(huán)境的仿真，生產(chǎn)流水線的EDA技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)。如PCB的制作、電子設(shè)備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、ASIC的制作過(guò)程等。

從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，EDA技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，如上文所說(shuō)，包括在機(jī)械、電子、通信、航空航航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA應(yīng)用。另外，EDA軟件的功能日益強(qiáng)大，原來(lái)功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機(jī)械及建筑設(shè)計(jì)，也擴(kuò)展到建筑裝璜及各類效果圖、汽車和飛機(jī)的模型、電影特技等領(lǐng)域。

4EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

從目前的EDA技術(shù)來(lái)看，其發(fā)展趨勢(shì)是政府重視、使用普及、應(yīng)用廣泛、工具多樣、軟件功能強(qiáng)大。

中國(guó)EDA市場(chǎng)已漸趨成熟，不過(guò)大部分設(shè)計(jì)工程師面向的是PCB制板和小型ASIC領(lǐng)域，僅有小部分（約11%）的設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)復(fù)雜的片上系統(tǒng)器件。為了與臺(tái)灣和美國(guó)的設(shè)計(jì)工程師形成更有力的競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)的設(shè)計(jì)隊(duì)伍有必要引進(jìn)和學(xué)習(xí)一些最新的EDA技術(shù)。

在信息通信領(lǐng)域，要優(yōu)先發(fā)展高速寬帶信息網(wǎng)、深亞微米集成電路、新型元器件、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、第三代移動(dòng)通信技術(shù)、信息管理、信息安全技術(shù)，積極開(kāi)拓以數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代信息產(chǎn)品，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。要大力推進(jìn)制造業(yè)信息化，積極開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助工藝（CAPP）、計(jì)算機(jī)機(jī)輔助制造（CAM）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、制造資源計(jì)劃（MRPII）及企業(yè)資源管理（ERP）等。有條件的企業(yè)可開(kāi)展'網(wǎng)絡(luò)制造'，便于合作設(shè)計(jì)、合作制造，參與國(guó)內(nèi)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。開(kāi)展'數(shù)控化'工程和'數(shù)字化'工程。自動(dòng)化儀表的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的測(cè)試技術(shù)、控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)一步融合，形成測(cè)量、控制、通信與計(jì)算機(jī)（M3C）結(jié)構(gòu)。在ASIC和PLD設(shè)計(jì)方面，向超高速、高密度、低功耗、低電壓方面發(fā)展。

外設(shè)技術(shù)與EDA工程相結(jié)合的市場(chǎng)前景看好，如組合超大屏幕的相關(guān)連接，多屏幕技術(shù)也有所發(fā)展。

中國(guó)自1995年以來(lái)加速開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，先后建立了幾所設(shè)計(jì)中心，推動(dòng)系列設(shè)計(jì)活動(dòng)以應(yīng)對(duì)亞太地區(qū)其它EDA市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。

在EDA軟件開(kāi)發(fā)方面，目前主要集中在美國(guó)。但各國(guó)也正在努力開(kāi)發(fā)相應(yīng)的工具。日本、韓國(guó)都有ASIC設(shè)計(jì)工具，但不對(duì)外開(kāi)放。中國(guó)華大集成電路設(shè)計(jì)中心，也提供IC設(shè)計(jì)軟件，但性能不是很強(qiáng)。相信在不久的將來(lái)會(huì)有更多更好的設(shè)計(jì)工具在各地開(kāi)花并結(jié)果。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)顯示，中國(guó)和印度正在成為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展最快的兩個(gè)市場(chǎng)，年復(fù)合增長(zhǎng)率分別達(dá)到了50%和30%。